moleküllerarasıetkileşimler, chemistry, the central...

IntermolecularForces

Chemistry, The Central Science, 10th editionTheodore L. Brown; H. Eugene LeMay, Jr.;

and Bruce E. Bursten

Moleküllerarası Etkileşimler, Sıvılar ve Katılar - 11


Maddenin HalleriMaddenin halleri arasındaki temel farklılık tanecikler arasındaki mesafedir.


Katı ve sıvı fazlarda tanecikler birbirlerine daha yakın bulunduklarından bu fazlara yoğunlaşmış fazlar adını veririz.

Maddenin Halleri


• Belli bir sıcaklık ve basınçtaki bir maddenin hali iki zıt duruma bağlıdır:

taneciklerin kinetik enerjisine

tanecikler arasındaki çekimlerin kuvvetine

Maddenin Halleri


Moleküllerarası Etkileşimler

Moleküller arasındaki çekim kuvvetleri bileşikleri bir arada tutan molekül-içi çekim kuvvetleri kadar kuvvetli değildirler.


Öte yandan bu kuvvetler, kaynama ve erime noktası, buhar basınçları ve viskozite gibi fiziksel özellikleri kontrol edebilecek kadar güçlüdürler.



Bu moleküller arası kuvvetler bir grup olarak ele alındığında van der Waals kuvvetleri olarak adlandırılırlar.



van der Waals Kuvvetleri

• Dipol-dipol etkileşimleri• Hidrojen bağları• London dağılım kuvvetleri


Dipol-Dipol Etkileşimleri


İyon-Dipol Etkileşimleri• Dördüncü tip kuvvet olan iyon-dipol

etkileşimleri iyon çözeltileri için önemli bir kuvvettir.

• Bu kuvvetlerin gücü iyonik maddeleri polar çözücülerde çözebilecek kadardır.


Dipol-Dipol Etkileşimleri• Kalıcı dipole sahip

moleküller birbirlerini çekerler.Birinin pozitif ucu

diğerinin negatif ucuna doğru çekilir. Tam tersi durum da olabilir.

Bu kuvvetler sadece moleküller birbirine yakın durumdayken önem kazanır.


Molekülün polarlığı arttıkça, kaynama noktası da yükselir.

Dipol-Dipol Etkileşimleri


London Dağılım Kuvvetleri

Helyumun 1s orbitalindeki elektronlar birbirlerini iterken (ve, bu nedenle, birbirlerinden uzak durmaya çalışırlar), genellikle atomun tek bir yüzünde dolaşırlar.


Tam bu anda, helyum atomu polardır, bir tarafında elektronların fazlası varken diğer tarafında elektron azalması vardır.



Yakındaki diğer helyum da kendi kendine indüklenerek dipole sahip olur, burada 2. helyum atomunun sol tarafındaki elektronlar 1. helyumun elektronlarını iterler.



London dağılım kuvvetleri anlık dipol ve indüklenmiş dipol arasındaki çekim kuvvetleridir.



• Bu kuvvetler, polar olsun veya apolar olsun, tüm moleküllerde mevcutturlar.

• Elektron bulutunun bu yer değiştirme eğilimi polarlanabilirlik olarak adlandırılır.



London Kuvvetlerini Etkileyen Faktörler

• Molekülün şekli dağılım kuvvetlerinin gücünü etkiler:uzun, yassı moleküller (n-pentangibi) kısa, hacimli (neopentangibi) olanlara göre daha güçlüdağılım kuvvetlerine sahip olma eğilimindedirler.

• Bu durum n-pentan’ın artan yüzey alanından kaynaklanır.


• Dağılım kuvvetlerinin gücü artan molekül ağırlığı ile artma eğilimindedir.

• Daha büyük atomlar daha kolay polarize olabilen daha fazla elektron bulutuna sahiptirler.

London Kuvvetlerini Etkileyen Faktörler


Hangisi daha büyük bir etkiye sahip:

Dipol-Dipol etkileşimleri mi yoksa Dağılım kuvvetleri mi?

• Eğer iki molekül karşılaştırılabilir bir boyut ve şekildeyse, dipol-dipoletkileşimleri daha baskın olma eğilimindedir.

• Eğer bir molekül diğer çok daha büyükse fiziksel özellikleri dağılım kuvvetleri belirleyecektir.


Bunu nasıl açıklayabiliriz?

• Apolar seriler(SnH4’dan CH4’a)beklenen trendi sergiler.

• Polar seriler H2Te’den H2S’ye aynı trendi izler, fakat su tam bir anomali gösterir.


Hidrojen Bağları

• H atomu güçlü bir şekilde N,O, veya F’den birine bağlandığında dipol-dipol etkileşimleri kazanılır.

• Bu etkileşimleri hidrojen bağlarıolarak adlandırırız.


Hidrojen bağları, bir yönüyle azot, oksijen ve flor atomlarının yüksek elektronegativitelerindenötürü meydana gelir.

Ayrıca, hidrojen bu elektronegatif elementlerden birine bağlandığında, hidrojen çekirdeği çıplak kalır.

Hidrojen Bağları


Moleküllerarası Etkileşimlerin Özeti


Moleküllerarası Etkileşimler Pek Çok Fiziksel Özelliği Etkiler

Tanecikler arasındaki etkileşimlerin gücübir maddenin veya çözeltinin özelliklerini büyük oranda etkileyebilir.


Viskozite• Bir sıvının akmaya

karşı gösterdiği dirence viskozite denir.

• Bu özellik moleküllerin birbiri üzerinde kayabilme kolaylığı ile ilgilidir.

• Viskozite güçlümoleküllerarasıkuvvetlerle artar ve artan sıcaklıkla azalır.


Yüzey Gerilimi

Yüzey gerilimi bir sıvının yüzeyindeki moleküllerin içeri doğru net kuvvetinden dolayıkazanılır.


Faz Değişimleri


Faz Değişimine Bağlı Enerji Değişimleri

• Erime Isısı: Bir katının erime noktasında bir sıvıya dönüşmesi için gereken enerjidir.

Melting is fusion!


• Buharlaşma Isısı: Bir sıvının kaynama noktasında bir gaza dönüşmesi için gereken enerjidir.



• Erime ve kaymana noktalarında sisteme verilen ısı molekülleri birbirinden uzaklaştırır.

• Maddenin sıcaklığı faz değişimi esnasında artmaz.



Süperkritik Akışkanlar


Buhar Basıncı• Her bir sıcaklıkta, sıvı ortamdaki bazı

moleküller kaçmaya yetecek kadar enerjiye sahiptirler.

• Sıcaklık arttıkça, kaçmaya yetecek kadar enerjisi bulunan moleküllerin kesri artar.


Sıvıdan daha fazla molekül uzaklaştıkça, uyguladıkları basınçartar.

Buhar Basıncı


Sıvı ve buharıdinamik bir denge haline ulaşır: sıvımolekülleri buharlaşır ve buhar molekülleri aynıhızda yoğunlaşır.

Buhar Basıncı


• Bir sıvının kaynama noktası buhar ve atmosfer basıncının eşit olduğu sıcaklıktır.

• Normal kaynama noktası buhar basıncının 760 torrolduğu sıcaklıktır.

Buhar Basıncı


Faz DiyagramlarıFaz diyagramları bir maddenin farklı basınçve sıcaklıklardaki halini ve fazlar arasında dengenin bulunduğu bölgeleri gösterir.


• AB eğrisi sıvı-buhar arayüzünü ifade eder.• Her üç fazın da dengede bulunduğu üçlü

noktada (A) başlar.

Faz Diyagramları


Kritik noktada (B) biter; bu kritik sıcaklık ve kritik basıncın üstünde sıvı ve buhar birbirinden ayrılamaz.

Faz Diyagramları


Bu eğri boyunca her bir nokta maddenin o basınçtaki kaynama noktasıdır.

Faz Diyagramları


• AD eğrisi sıvı ve katı arasındaki arayüzübelirtir.

• Her sıcaklıktaki erime noktası bu eğri üzerinden bulunabilir.

Faz Diyagramları


• A’nın altında madde sıvı halde bulunamaz.• AC eğrisi boyunca katı ve gaz fazları

dengededir; her basınçtaki süblimleşme noktası bu çizgi üzerindedir.

Faz Diyagramları


Suyun Faz Diyagramı

• Yüksek kritik sıcaklık ve kritik basınca dikkat:Bunlar su molekülleri

arasındaki güçlü van der Waals kuvvetlerinden kaynaklanır.


• Katı-sıvı eğrisinin eğimi negatiftir.Bu erime noktasının

hemen altındaki bir sıcaklıkta basınç arttıkça suyun katıdan sıvıya geçtiği anlamına gelir.

Suyun Faz Diyagramı


Karbondioksitin Faz Diyagramı

Karbondioksit 5.11 atm’nin altındaki basınçlarda sıvıfazda bulunamaz; CO2 normal basınçlarda süblimleşir.


CO2’in düşük kritik sıcaklığı ve kritik basıncı süperkritikCO2’i apolarmaddelerin (kafein gibi) ekstraksiyonuiçin iyi bir solventyapar.

Karbondioksitin Faz Diyagramı


Katılar

• Katıları iki gruba ayırarak düşünebiliriz:

Kristaller—tanecikler sık düzende istiflenirler.


Katılar

Amorflar—taneciklerin istiflenmelerinde belirli bir düzen yoktur.


İyonik Kristallerdeki Çekimlerİyonik kristallerde, iyonlar kendi aralarındaki çekimleri maksimize etmek ve itmeleri minimize etmek için kendilerini istiflerler.


İyonik KatılarBir kristaldeki düzen nedeniyle, düzende tekrar eden motifler birim hücre olarak adlandırılır.


Kristal Katılar

Kristallerde yukarıda gösterildiği gibi basit istiflenmelerin birçok türü vardır.


Kristal Katılar

İyonik bir katının ampirik formülübirim hücrede her elementten kaçiyonun yer aldığıtespit edilerek bulunabilir.


İyonik KatılarBu bileşiklerin ampirik formülleri nelerdir?(a) Yeşil: klor; Gri: sezyum(b) Sarı: kükürt; Gri: çinko(c) Yeşil: kalsiyum; Gri: flor

CsCl ZnS CaF2

(a) (b) (c)


Kristal Katılarda Bağ Türleri


Kovalent-Örgü veMoleküler Katılar

• Elmaslar atomların birbirine kovalent olarak bağlandığı kovalent-örgülü bir katının örneğidir.Sert olma eğilimindedirler ve yüksek erime

noktasına sahiptirler.


• Grafit atomların van der Waals kuvvetleriyle bir arada tutulduğu moleküler bir katıya örnektir.Yumuşak olma eğilimindedirler ve daha düşük

erime noktasına sahiptirler.

Kovalent-Örgü veMoleküler Katılar


Metalik Katılar• Metaller kovalent bağ

yapmazlar, fakat atomlar arasındaki çekimler van der Waalskuvvetlerinden daha güçlüdür.

• Metallerde, değerlik elektronları katı boyunca delokalizedirler.


Table 11.5

BACK


Table 11.7

moleküllerarasıetkileşimler, chemistry, the central...

Documents